Diseño de planta para la producción de biodiesel a partir de aceite de fritura reciclado

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Qu. ím. ica. UN T. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. en ier ía. “DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO”. In g. FUNCIÓN DEL TRABAJO PROFESIONAL INFORME REALIZADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE. de. INGENIERO QUÍMICO. ASESOR: Ms. Ing. JOSÉ LUIS SILVA VILLANUEVA. Bi. bli. ot. ec. a. AUTOR: BR. TERÁN SALDAÑA, Frank Arturo. TRUJILLO – PERÚ 2011. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. SEÑORES CATEDRÁTICOS MIEMBROS DEL JURADO:. UN T. PRESENTACIÓN. De conformidad con lo dispuesto en el reglamento de Grados y Títulos de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de. ica. Trujillo, me es honroso presentar a consideración de vuestro elevado criterio el. trabajo Titulado: “DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO”, que. ím. BIODIESEL. sustentaré como Tesis para obtener el Título de Ingeniero Químico, si vuestro. Trujillo, Agosto del 2011. de. In g. en ier ía. Qu. dictamen me favorece.. Br. Frank Teran Saldaña. Bi. bli. ot. ec. a. ____________________________. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. UN T. JURADO DICTAMINADOR. en ier ía. Qu. Presidente. ím. ________________________________. ________________________________. de. In g. Asesor. Miembro. Bi. bli. ot. ec. a. ________________________________. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. UN T. Le agradezco con todo mi amor a mis padres, quienes me han enseñado con su. ejemplo a rebasar toda barrera que la vida me ha dado ya que ellos fueron los que me dieron ese calor y cariño necesario, para formarme como un ser integral y útil a. ica. la sociedad.. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. ím. (Frank). iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. AGRADECIMIENTO. Expreso mi agradecimiento a la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo por permitir desarrollarnos profesionalmente.. A mi asesor Ms. Ing. José Luis Silva Villanueva, por su apoyo desinteresado en el. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. ím. ica. desarrollo de ésta Tesis.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. RESUMEN. Capítulo I, Se realiza el estudio de mercado de Biodiesel, con la finalidad de estimar la oferta y demanda del producto, así como también justificar la posibilidad de instalar una planta química para tal fin.. ica. El presente estudio se realizó en base a datos estadísticos relacionados con el consumo de Biodiesel, teniendo básicamente en cuenta el Reglamento de la. ím. Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles, ya que por ser un producto relativamente nuevo en el mercado tiene poca data histórica referente. Qu. al consumo.. Capítulo II, Se aborda la selección del diseño de proceso, y tiene por. en ier ía. finalidad escoger un tipo de proceso de manufactura de entre los existentes, que sea la más conveniente y adaptable a nuestra realidad. Para ello se analizan. los. diferentes. procesos. haciendo. resaltar. sus. principales. características para cada uno de estos. Dichos procesos serán sometidos a un análisis del tipo técnico-económico a fin de seleccionar el más adecuado. In g. Capítulo III, Tiene como finalidad determinar la elección del lugar más adecuado para la instalación de la planta, para ello se hace uso de la técnica denominada factores de balanceo, que consiste en asignar valores numéricos a. de. los diferentes factores tanto primarios como secundarios.. a. Capítulo IV, Comprende el diseño de los principales equipos, tales como. ec. tanques, bombas y reactores, para se hará uso de la hoja de cálculo en EXCEL. Capitulo V, Este capítulo está referido a la parte de la instrumentación y. ot. control automático, aquí se define el tipo de control a utilizar y se ilustran. Bi. bli. tanto los lazos de control utilizados. Capítulo VI, El presente capitulo trata sobre los auxiliares de proceso, tales. como el abastecimiento de agua, vapor de agua, combustible y electricidad; se incluye también las facilidades de almacenamiento, seguridad, edificios y laboratorio.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Capítulo VII, Referido a la distribución de la planta y básicamente define el arreglo espacial de todas las unidades de operación, para ello se elaboraron. UN T. el plano unitario y maestro. Capítulo VIII, Este capítulo se realiza un estudio económico, a fin de determinar la rentabilidad del proyecto.. Capitulo X, Muestra las referencias bibliográficas.. ica. Capitulo IX, En este capítulo se presentan las conclusiones del estudio.. ím. Capitulo XI, En el se presenta el apéndice, donde se desarrollan a detalle. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. los capítulos 2 y 4.. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. ABSTRACT. Chapter I, the Biodiesel market study is done, in order to estimate the supply and demand for the product, as well as justify the possibility of installing a chemical plant for this purpose.. ica. This study was based on statistical data related to the consumption of Biodiesel, taking basically into account the Regulation of the Law for the. ím. Promotion of Biofuels Market, as being a relatively new product on the market. Qu. has little data historical reference to consumption.. Chapter II, the design selection process is discussed, and aims to choose a type of manufacturing process among existing, which is the most convenient. en ier ía. and adaptable to our reality. For this purpose different processes are analyzed highlighting its main features for each of these. These processes will be subjected to an analysis of the technical and economic type to select the most appropriate. Chapter III, aims to determine the choice of the most suitable place for. In g. installing the plant, for this use of the technique known as balancing factors, which consists of assigning numerical values to different factors both primary. de. and secondary done.. Chapter IV, includes the design of major equipment, such as tanks, pumps and reactors for use will be made of the spreadsheet in Excel.. ec. a. Chapter V, this chapter refers to the part of the instrumentation and automatic control, here it defined the type of control to use and illustrate both control loops used.. Bi. bli. ot. Chapter VI, This chapter deals with processing aids such as water, steam, fuel and electricity; also it includes storage facilities, security, and laboratory buildings. Chapter VII, based on the distribution of plant and basically defines the spatial arrangement of all operating units, for which the unit and master plan were developed. Chapter VIII, this chapter an economic study is carried out to determine the profitability of the project. Chapter IX, In this chapter the conclusions of the study are presented. vii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Chapter X, shows the bibliographical references.. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. ím. ica. UN T. Chapter XI, in the appendix, where they develop in detail Chapters 2 and 4 is presented.. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE. UN T. PRESENTACIÓN…………………………………………………………………..i JURADO DICTAMINADOR…………………………………………………..….ii. DEDICATORIA……………………………………………………………….…..iii. ica. AGRADECIMIENTO………………………………………………………..……iv. ím. RESUMEN………………………………………………………………………….v. Qu. ÍNDICE……………………………………………………………………...….…vii. en ier ía. CAPÍTULO I ESTUDIO DE MERCADO. 1.1. Antecedentes Históricos del Biodiesel……..………...…….……….. ........ 1 1.2. El Biodiesel….……………..….…………………………...…………… ... 3. In g. 1.2.1 Definición……………..……………………...……………..…… .... 3 1.2.2 Ventajas en Seguridad y Transporte…....…………...…………… .... 3. de. 1.2.3 Ventajas Medioambientales……...……..………………………… .. 4 1.2.4 Desventajas del Biodiesel como Combustible……….…..……… .... 5. ec. a. 1.2.5 Usos del Biodiesel como Combustible…………............................... 5. 1.2.6 Productos Obtenidos a partir del Biodiesel…………………… ........ 6. ot. 1.3. Materias Primas…………………………….…………………….…… ..... 6. Bi. bli. 1.4. Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Interno………… … ........ 8 1.4.1 Demanda Actual en el Mercado Interno………………………......... 8 1.4.2 Oferta Actual en el Mercado Interno.……………………… ............. 9. 1.5. Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Externo………..……...... 9. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.5.1 Demanda Actual en el Mercado Externo……………………......... 9 1.5.2 Oferta Actual en el Mercado Externo…………………….................10. UN T. 1.6. Estimación del Precio de Venta……….………………………….......... 11. CAPÍTULO II. ím. SELECCIÓN Y DISEÑO DEL PROCESO. ica. 1.7. Tamaño y Ubicación de los Consumidores………………………….........11. Qu. 2.1. Materias Primas Empleadas…….............................................................. 12 2.1.1 Alcoholes……………………..………………….………………... 12. en ier ía. 2.1.2 Catalizadores…………………………………...…………………. 12 2.1.2.1 Catalizadores Enzimáticos…………………...………….... 13 2.1.2.2 Catalizadores Heterogéneos……………………………......14 2.1.2.3 Catalizadores Homogéneos…………………………………14. In g. 2.1.2.4 Catalizadores Ácidos……………………………………… 15 2.1.2.5 Catalizadores Básicos……………...…………………........15. de. 2.2. Obtención de Biodiesel……………………………………………........... 17 2.3. Variables que Influyen en le Reacción de Transesterificación……………18. a. 2.3.1 Pureza y Calidad de los Reactivos……………….………............. 18. ec. 2.3.2 Relación Molar Alcohol/Aceite…………………………….......... 19. ot. 2.3.3 Tipo de Alcohol……………………………………………….. .... 19. Bi. bli. 2.3.4 Tipo y Cantidad de Catalizador………………………………........20 2.3.5 Temperatura y Tiempo de Reacción………………………….........20 2.3.6 Agitación……………………………………………………….......21. 2.4. Procesos para la Obtención de Biodiesel…………….…………………..21 2.5. Etapas del Proceso de Obtención de Biodiesel………………………......23 x. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.6. Características y Calidad del Biodiesel……………...………………….25 2.7. Descripción del Proceso………………………………………………....26. UN T. 2.8. Balance de Materia y Energía…………………………………………...26 2.8.1 Balance de Materiales……………………………………………..26. CAPÍTULO III. ica. 2.8.2 Balance de Energía……………………………………………....... 27. ím. UBICACIÓN DE LA PLANTA………………….………………….…………… 29. Qu. 3.1. Factores primarios …………………………………………..……….29 3.1.1 Suministro de Materia Prima.………….…………….….…..…….29. en ier ía. 3.1.2 Mercado.………………………………………………….………..29 3.1.3 Energía eléctrica…………………………………………..…….....29 3.1.4 Suministro de agua…...……………………...………………….... 30 3.1.5 Mano de obra……………………………….……………………...30. In g. 3.1.6 Leyes regulatorias…………………………….…………………...30 3.2. Factores secundarios …………………………………….……………...30. de. 3.2.1 Transporte………………………………………….…………...... 30 3.2.2 Clima………………………………………………....……………30. a. 3.2.3 Factores comunitarios…………………………………….……......30. bli. ot. ec. 3.3. Evaluación por el método de factores de balanceo ……………………. 30. CAPÍTULO IV. Bi. DISEÑO DEL EQUIPO DE PROCESO..................................................................32. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO V INSTRUMENTACION Y CONTROL DEL PROCESO………………..…… 33. UN T. 5.1. Control del nivel en el mezclador…….…………………….……..……. 33. 33. 5.3 Control de Temperatura en el Reactor………………….……………... 34. ím. CAPÍTULO VI. ica. 5.2 Control del Nivel en el Tanque Homogenizador…………...…………. 36. Qu. AUXILIARES DE PROCESO………………………………………………. 6.1. Suministro de agua ………………………………………………....… 36. en ier ía. 6.1.1 Agua de enfriamiento…………………………………..……..… 36 6.1.2 Agua contra Incendios…………………………………….…….… 36 6.1.3 Agua para usos Sanitarios y de Limpieza………………….....……36. In g. 6.2. Energía Eléctrica…………………………………...………...….……. 37 6.3. Almacenamiento………………………………………..…….….…….. 37. de. 6.4. Seguridad………………………….……….…..................................... 37. ec. a. 6.5. Laboratorio y Edificios…….……………………..……………..……37. CAPÍTULO VII. Bi. bli. ot. 6.6. Taller de Mantenimiento……………………………………...…….… 38. DISTRIBUCION DE LA PLANTA…………………………………………… 39 7.1. Distribución de la planta……………………………..……...………… 39. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 7.2. Cimientos……………………………………………………….…...… 39. UN T. 7.3. Estructuras……………………………………….………………..….… 39. CAPÍTULO VIII. ica. 7.4. Tuberías……………….……………………………………………..…. 40. ím. EVALUACION ECONOMICA……………………….………………………. 43. Qu. 8.1. Determinación de La Inversión…………….………….…….…..….…. 43 8.1.1 Equipo de Proceso………….……….……….…………..….…... 43. en ier ía. 8.1.1.1 Tanques…..…………………………….……..….….…. 43. 8.1.1.2 Bombas………………………………....….….……..… 44 8.1.1.3 Costo de la Centrífuga………………...…..….……..…. 45. 8.1.1.4 Costo del Secador……………….………….………...…. 45. In g. 8.1.2 Bienes Inmuebles……………………………………….…..….….46. de. 8.1.2.1 Terreno………………………………………..….……. 46 8.1.2.2 Cimientos y Estructuras…………….……………...…….. 46. a. 8.1.2.3 Edificios………………………………….………...….… 46. ec. 8.1.2.4 Auxiliares de proceso…………………………….……... 46. Bi. bli. ot. 8.1.2.5 Instrumentación…………………………...…………… 46 8.1.2.6 Parte eléctrica……………………….…………………. 46. 8.1.2.7 Tubería y accesorios………………..……………….….. 47. 8.2. Resumen de la inversión…………………………..….………………. 47 8.2.1 Resumen para el costo de equipos………………….....………… 47 8.2.2 Resumen para el costo de los bienes………………….………..... 47 xiii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 8.3. Costos de operación……………………………………….………......... 48 8.3.1 Mano de obra…………………………………………….………… 48. UN T. 8.3.1.1 Operarios………………………………………….……… 48. 8.3.1.2 Ingenieros………………………………………….……… 48 48. ica. 8.3.1.3 Superintendente…………………………………………. 8.3.1.4 Gerente…………………………………………………… 48. ím. 8.3.2 Materia prima……………………………..………………..…….. 49. Qu. 8.4. Flujo de caja económico…………………………………..……………. 49 8.5. Rentabilidad………………………………………..………...………… 52. en ier ía. CAPÍTULO IX. CONCLUSIONES…………………...………………………………….…….. 53. In g. CAPÍTULO X. CAPÍTULO XI. ec. a. de. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………...…………… 54. Bi. bli. ot. APÉNDICE……………………………………….…………………………… 56. xiv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS, FIGURAS Y GRÁFICAS. UN T. TABLAS: Capítulo I:. 1.1. Principales Materias Primas para la Producción de Biodiesel………6. ica. 1.2. Cantidad de Biodiesel que se requieren en el Perú por Año………… ... 8. ím. 1.3. Cantidad de Biodiesel por Años que se requerirán a Nivel Mundial …9. Qu. 1.4. Oferta Mundial de Biodiesel por Año……………………………… ..10 Capítulo II:. en ier ía. 2.1. Propiedades del Biodiesel según ASTM D-6751…………………... 25 2.2. Energía Eléctrica requerida en Bombas….………………….….…...27 Capítulo III:. 3.1. Elección de la ubicación de la planta por el método de factores de. de. Capítulo V:. In g. balanceo……………………………………………………………….31. 5.1. Control de Temperatura en el Reactor…….………………………. 34. ec. a. Capítulo VIII:. 8.1. Costo total de tanques...…………………………….………….…..44. Bi. bli. ot. 8.2. Costo total de bombas……………………………..…………...……45 8.3. Costo total de centrifuga……………………..…………….………….45 8.4. Resumen del costo total para los equipos……………………….….. ..47. 8.5. Resumen del costo total para los bienes………………..…….…....... ..47 8.6. Remuneración del personal…………………………………..…….. 49 xv. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 8.7. Flujo de caja económico…………………………....……………….. 51. UN T. Capítulo XI:. 11.1. Resumen del Balance en Mezclador M-101…………….....………. 59. ica. 11.2. Resumen del Balance en el Reactor R-101……….…………….… 61 11.3. Resumen del Balance en la Centrífuga C-101…………….............. 62. ím. 11.4 .Resumen del Balance en el Secador S-101…………........................ 62. Qu. 11.5. Aspereza de Superficie………….………………….………….……. 73 11.6. Diámetro y Área en Función al Calibre…………..….….……….… 73. en ier ía. 11.7. Coeficiente para Pérdida por Contracción Repentina……………… 74 11.8. Coeficiente para Pérdida por Ensanchamiento Repentino………… 74 11.9. Coeficiente de Fricción debido a Accesorios………………….…… 75. CAPITULO II.. In g. FIGURAS:. de. 2.1. Proceso de Producción de Biodiesel……………………….……….. 24 CAPITULO XI. ec. a. 11.1. Plantilla para Diseño de Bombas……………………………………. 68. ot. 11.2. Plantilla para Diseño de Tanques……………………….…………… 77. bli. GRAFICAS:. Bi. CAPITULO I. 1.1. Oferta y Demanda Mundial de Biodiesel por Año…………….…….. 10. 1.2. Costos Internacionales del Biodiesel……………..…………………… 11. xvi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. ESTUDIO DEL MERCADO 1.1 Antecedentes Históricos del Biodiesel.. UN T. CAPÍTULO I. ica. La idea de usar aceites vegetales como combustible para los motores decombustión interna partió del propio Rudolf Diesel cuando desarrollaba su motor hacia finales del siglo XIX. En. ím. la presentación del motor diésel en la Exposición Mundial de París, en 1900, el Ing. Diesel usaría aceite de maní como combustible, o, mejor dicho, como biocombustible. De hecho,. Qu. Diesel, que prefería considerarse más como un filósofo social, señalaba que su motor, al funcionar con aceites vegetales, podía impulsar el desarrollo de la agricultura que así lo usen, y añadía que, con el transcurso del tiempo, el uso de los aceites vegetales como combustibles. nie. ría. podían ser tan importantes como los derivados del petróleo.. Las predicciones de Diesel tomarían su tiempo para empezar a tomar cuerpo y, en este lapso de, más o menos un siglo, los motores diésel evolucionarían y se perfeccionarían utilizando. In ge. fundamentalmente destilados medios de petróleo con mucha menor viscosidad que los aceites vegetales. La principal razón por la que actualmente no podríamos usar aceites vegetales directamente en los motores es, precisamente, su mayor viscosidad. La química proporciona una solución para disminuir esta viscosidad: la transesterificación. Este proceso fue. de. desarrollado por los científicos E. Duffy y J. Patrick a mediados del siglo XIX, casi cuarenta. bli ot ec a. años antes que Diesel desarrollara su motor de combustión interna.. Los aceites vegetales (y también las grasas animales) están constituidos pormoléculas (ésteres) de ácidos grasos y glicerol. A éste último, los aceites y grasas le deben su elevada viscosidad. La transesterificación, en sencillo, consiste en reemplazar el glicerol (alcohol trivalente) por un alcohol monovalente (“más ligero”) usualmente metanol o etanol, formando moléculas más pequeñas (ésteres monoalquílicos, comúnmente denominado biodiésel), con. Bi. una viscosidad similar a la del combustible diesel derivado del petróleo. Asimismo, se produce glicerina, sustancia que tiene numerosos usos en diversas industrias.. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. El resurgimiento de la idea de Diesel, de emplear aceites vegetales en sus motores,empieza a. UN T. cobrar fuerza nuevamente hacia finales del siglo pasado, esta vez, bajo la forma de biodiesel, e impulsado, principalmente, por preocupaciones medioambientales relacionadas con el cambio climático y la necesidad de encontrar alternativas al uso de combustibles fósiles. Sin embargo, hasta hace pocos años, era posible identificar otras motivaciones, aparte de las. ica. ecológicas, para impulsar su uso en diferentes regiones; por ejemplo, los excedentes de la producción de soya en los Estados Unidos, o los excedentes de la producción agraria en. ím. Europa que llevaba a su Política Agrícola Común (PAC) a establecer la retirada de tierras para no afectar los precios de los productos agrícolas. En ambos casos, la producción de biodiésel,. Qu. sea a partir de soya en los Estados Unidos, o de otros cultivos energéticos como la colza o el girasol en Europa, aparecía como excelente alternativa a estas situaciones específicas, a la vez que contribuiría con la mitigación del cambio climático, pero requiriendo, eso sí, de. ría. importantes subsidios o exenciones tributarias para asegurar su viabilidad, ya que los precios. nie. de los aceites vegetales eran substancialmente mayores que los del diésel.. Es, sin embargo, con la espectacular subida de los precios del petróleo a partir delaño 2004,. In ge. que los precios de los aceites vegetales y las grasas animales se empiezan a equiparar con los del diesel y generan este reciente boom de los biocombustibles líquidos a nivel mundial, que incluye también al bioetanol, que es básicamente etanol o alcohol etílico, que puede utilizarse como complemento o sustituto de la gasolina. Y aquí valdría la precisión, a manera de. de. resumen, que, cuando hablamos de biodiesel, básicamente nos referimos a un complemento o sustito del diesel, pero producido a partir de aceites vegetales o grasas animales.(Coello, J.,. bli ot ec a. Castro, P., 2008). El objetivo del presente trabajo es demostrar la factibilidad técnica y económica del. Bi. proyecto.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. UN T. 1.2 El Biodiesel. 1.2.1 Definición:. El biodiesel es un combustible renovable derivado de aceites vegetales o grasas. ica. animales que puede ser utilizado como sustituto o aditivo del diesel convencional.. La Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (ASTM) define al biodiesel como. ím. ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de insumos grasos renovables, como los aceites vegetales o grasas animales. El término bio hace referencia. Qu. a su naturaleza renovable y biológica en contraste con el combustible diésel tradicional derivado del petróleo; de otro lado, diesel alude a su uso en motores de este. ría. tipo.(Mittelbach, M. 1996). nie. 1.2.2 Ventajas en Seguridad y Transporte:.  El transporte del biodiesel es más seguro debido a que es biodegradable. En caso de. In ge. derrame de este combustible en aguas de ríos y mares, la contaminación es menor que los combustibles fósiles..  No es una mercancía peligrosa ya que su punto de inflamación está por encima de 110º y su almacenamiento y manipulación son seguras.. de.  Por su composición vegetal, es inocuo con el medio, es neutro con el efecto invernadero, y es totalmente compatible para ser usado en cualquier motor diesel, sea. Bi. bli ot ec a. cual sea su antigüedad y estado.. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. UN T. 1.2.3 Ventajas Medioambientales:  Se trata de un combustible 100% vegetal y 100% biodegradable, es una energía renovable e inagotable, no genera residuos tóxicos ni peligrosos.. ica.  Cumple con el protocolo de Kyoto, ya que reduce en un alto porcentaje la. ím. contaminación atmosférica..  Las emisiones de CO2 son entre un 20 y un 80% menos que las producidas por los. Qu. combustibles derivados del petróleo tanto en el ciclo biológico en su producción como en el uso. Asimismo, se reducen las emisiones de dióxido de azufre en casi el. ría. 100%..  La combustión de Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales. nie. no quemados, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromáticos.. In ge.  No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromáticas cancerígenas (Hidrocarburos aromáticos policíclicos).El Biodiesel, como combustible vegetal no contiene ninguna sustancia nociva, ni perjudicial para la salud, a diferencia de los hidrocarburos, que tienen componentes aromáticos y bencenos (cancerígenos). La no-emisión de estas. de. sustancias contaminantes disminuye el riesgo de enfermedades respiratorias y. Bi. bli ot ec a. alergias (www.recikla.org).. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. UN T. 1.2.4 Desventajas del Biodiesel como Combustible:  La potencia del motor disminuye porque el poder calorífico inferior (P.C.I.) del biodiesel es menor.. ica.  Debido a que el biodiesel tiene una viscosidad mayor que el diesel pueden existir. ím. problemas de pérdidas de flujo a través de los filtros e inyectores..  El aceite de motor (lubricante) puede degradarse mucho más rápido si el combustible. Qu. utilizado es biodiesel en vez de diesel. El biodiesel tiende a disolverse más fácilmente en el lubricante que el diesel.. ría.  El biodiesel es una alternativa tecnológica factible al diesel, pero actualmente el costo es 1.5-3 veces más costoso que el diesel en países desarrollados. La. nie. competitividad del biodiesel depende de las políticas que hagan los gobiernos, tales como subsidios y exención de impuestos, porque sin estas ayudas no es factible. In ge. económicamente.(Avellaneda, F., 2010). 1.2.5 Usos del Biodiesel como Combustible:. de. El biodiesel posee las mismas propiedades del combustible diesel empleado como combustible para automóviles, camiones, ómnibus y puede ser mezclado en cualquier. bli ot ec a. proporción con el diesel obtenido de la refinación del petróleo.. No es necesario efectuar ninguna modificación en los motores para poder emplear este combustible. Importantes fabricantes de vehículos europeos efectuaron pruebas con. Bi. resultados satisfactorios en automóviles, camiones y ómnibus.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. El biodiesel, desde el punto de vista de la inflamabilidad y toxicidad, es más seguro que gas-oil proveniente del petróleo,. no es peligroso para el ambiente y es. UN T. el. biodegradable. (Larosa, R., 2001).. ica. 1.2.6 Productos Obtenidos a partir del Biodiesel:. El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en. ím. diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras. Qu. notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla. (http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel). ría. 1.3 Materias Primas:. Cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiesel. nie. (girasol, colza, soja, aceites de fritura usado, sebo de vaca,...). A continuación (tabla 1), se. In ge. detallan las principales materias primas para la elaboración de biodiesel Tabla 1.1. Principales materias primas para la producción de biodiesel.. de. Aceites Vegetales Convencionales. bli ot ec a. Girasol Colza Coco Soja Palma. Aceites Vegetales Alternativos. Brassicacarinata Cynaracurdunculus Camelina sativa Crambeabyssinica Pogianus. Otras Fuentes A. Veg. Modificados Genéticamente Grasas Animales A. de Fritura Usados Lípidos Similares a A. Vegetales. Fuente: Elaboración Propia.  Aceites Vegetales Convencionales: Las materias primas utilizadas convencionalmente en la producción de biodiesel han sido los aceites de semillas oleaginosas como el girasol y la. Bi. colza (Europa), la soja (Estados Unidos) y el coco (Filipinas); y los aceites de frutos oleaginosos como la palma (Malasia e Indonesia).. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. UN T.  Aceites Vegetales Alternativos: Son las especies más adaptadas a las condiciones del país donde se desarrollan y mejor posicionadas en el ámbito de los cultivos energéticos..  Aceites Vegetales Modificados Genéticamente: Aceites con proporciones altas de ácidos. ica. grasos insaturados, como el aceite de girasol o de Camelina sativa, mejoran la operatividad del biodiesel a bajas temperaturas, pero disminuyen su estabilidad a la oxidación, que se. ím. traduce en un índice de yodo elevado. Por este motivo, se pueden tener en consideración, como materias primas para producir biodiesel, los aceites con elevado contenido en. como el aceite de girasol de alto oleico.. Qu. insaturaciones, que han sido modificados genéticamente para reducir esta proporción,. ría.  Grasas Animales: Además de los aceites vegetales y los aceites de fritura usados, las grasas animales, y más concretamente el sebo de vaca, pueden utilizarse como materia. nie. prima de la transesterificación para obtener biodiesel.. In ge.  Aceites de Fritura Usados: El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejores perspectivas en la producción de biodiesel, ya que es la materia prima más barata, y con su utilización se evitan los costes de tratamiento como residuo. Por su parte, los aceites usados presentan un bajo nivel de reutilización, por lo que no sufren grandes alteraciones y. de. muestran una buena aptitud para su aprovechamiento como biocombustible. Además, como valor añadido, la utilización de aceites de fritura usados significa la buena gestión y uso del residuo ya que este aceite de fritura usado genera grandes problemas a la hora de la. bli ot ec a. depuración del agua de desecho..  Lípidos Similares a Aceites Vegetales: Por otra parte, es interesante señalar la producción de lípidos de composiciones similares a los aceites vegetales, mediante procesos microbianos, a partir de algas, bacterias y hongos, así como a partir de microalgas.. Bi. (http://www.miliarium.com/monografias/Biocombustibles/Biodiesel/Biodiesel.asp) .. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. 1.4 Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Interno.. UN T. 1.4.1 Demanda actual en el mercado interno.. La demanda interna por biodiesel está dada por los requerimiento que establece el marco legal: un porcentaje de mezcla con el diesel de 2%, voluntario desde el 2007 y. ica. obligatorio desde el 2009, y de 5% obligatorio desde el 2011. De acuerdo a la ley 28054 “Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles.”(Castro, P., Sevilla, S., et. al,. ím. 2008).. Qu. En el Tabla 2 se muestra las cantidades de biodiesel (en miles de barriles por día) que se requerirán en el Perú en los siguientes años:. nie. Biodiesel (MBD) 1,2 1,3 1,4 1,4 3,7 3,8 4,0 4,1 4,2 4,3. de. In ge. Año 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016. ría. Tabla 1.2. Cantidad de Biodiesel que se requieren en el Perú por Año.. B2. B5. bli ot ec a. Fuente: Petroperú, 2007.. Atendiendo al cuadro anterior, se tiene que este 2010 se tendrá una demanda de 85.4 millones de litros lo que equivale a 234 000 L/d, pero teniendo en cuenta que actualmente la producción de biodiesel a nivel industrial no está muy desarrollada, se. Bi. fija la capacidad nominal en 10Tn/día.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. 1.4.2 Oferta actual en el mercado interno.. UN T. Específicamente, el Perú es un país deficitario en diesel y exportador de gasolinas.. No se reportan cifras significativas de producción de biodiésel en el país, aunque algunas empresas productoras de aceite de palma han instalado algunas plantas piloto. ím. 1.5 Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Externo.. ica. para producirlo a partir del aceite de palma (IICA 2010).. 1.5.1 Demanda actual en el mercado externo.. Qu. Tabla 1.3. Cantidad de Biodiesel (en millones de galones) por Años que se requerirán a Nivel. UE (Mill. gal.). EUA (Mill. gal.). Brasil (Mill. gal.). Asia (Mill. gal.). Total UE + ASIA. 2006 2007. 1850 2069. 150 172. 63 109. 73 353. 1923 2422. 2008. 2161. 215. 154. 653. 2814. 2009 2010. 2193 2203. 270 323. 199 244. 953 1256. 3146 3459. In ge. nie. Año. ría. Mundial.. Fuente: USDA.. “La demanda mundial de combustible destilado intermedio, principalmente diesel, crecerá más rápido que cualquier otro producto refinado de petróleo hacia el 2030,. de. según la OPEP en su Perspectiva Petrolera Mundial 2009”.. bli ot ec a. Según datos del 2009 el aumento del crecimiento del consumo de diesel está subiendo rápidamente, y seguirá esta tendencia porque las personas prefieren más el uso de carros a base de diesel que los de gasolina. En el 2008 la diferencia del uso de diesel a gasolina era de 3 millones de barriles por día. Siendo Diesel el combustible más usado. A nivel global, la cantidad de autos está cambiando a diesel desde gasolina y el aumento del crecimiento de la demanda de destilados intermedios abarcará cerca de 60% de un. Bi. incremento previsto de 20 millones de barriles por día (bpd) de la demanda mundial de petróleo en el 2030, dijo la OPEP(Reuters, 2009).. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. Tabla 1.4. Oferta Mundial de Biodiesel (en millones de galones) por Año.. UN T. 1.5.2 Oferta actual en el mercado externo.. UE (Mill. gal.). EUA (Mill. gal.). Brasil (Mill. gal.). Asia (Mill. gal.). 2006. 1651. 385. 40. 52,8. 2007. 1847. 541. 132. 302,8. 2149,8. 2008. 1930. 569. 211,2. 552,8. 2482,8. 2009. 1958. 578. 290,4. 802,8. 2760,8. 2010. 1967. 565. 369,6. 1056. 3023. ím. 1703,8. Qu. Fuente: FAPRI.. Total UE + ASIA. ica. Año. A nivel mundial la Unión Europea y Estados Unidos aparecen como los principales productores de biodiesel, seguidos por Asia y Brasil. Además, se puede apreciar que la. ría. producción mundial de biodiesel está aumentando cada año al igual que la demanda.. bli ot ec a. de. In ge. nie. Gráfico 1.1. Oferta y Demanda Mundial de Biodiesel por Año.. Fuente: Elaboración Propia.. En el gráfico 1.1 se puede ver que la demanda supera a la oferta en los paises de la. Bi. Unión Europea y en Asia, generándose un nicho de mercado externo a tener en cuenta.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. UN T. 1.6 Estimación del precio de venta.. nie. Fuente: OECD y Reuters.. ría. Qu. ím. ica. Gráfico 1.2. Costos internacionales del Biodiesel.. El precio de venta del biodiesel debe ser no mayor al precio internacional, es decir, sería 0.79. In ge. dólares/t; esto debido a que el Perú es un país importador de Biodiesel.. 1.7 Tamaño y Ubicación de los Consumidores. Básicamente el biodiesel producido será para satisfacer el mercado peruano, debido a su gran. Bi. bli ot ec a. de. demanda por el aumento nacional del parque automotor.. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. SELECCIÓN Y DISEÑO DEL PROCESO 2.1 MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS: 2.1.1 Alcoholes.. UN T. CAPÍTULO II. ica. Los alcoholes empleados en el proceso de transesterificación de aceites vegetales son primarios y secundarios con cadena de 1-8 carbones. Entre los alcoholes que pueden ser. ím. empleados en este proceso se encuentran: Metanol, etanol, propanol, butanol y. Qu. amilalcohol, de los cuales el metanol y etanol son los más utilizados.. El metanol y etanol no son miscibles en los triglicéridos a temperatura ambiente y es necesario realizar una agitación mecánica para favorecer la transferencia de masa, sin. ría. embargo en el transcurso de la reacción se da la formación de emulsiones, las cuales, en el caso de la metanólisis, son fácil y rápidamente disueltas, formando una capa inferior. nie. rica en glicerol y una superior rica en ésteres metílicos. En el caso de la etanólisis, estas emulsiones son más estables convirtiendo el proceso de separación y purificación de. In ge. ésteres etílicos en algo más complejo (Meher et al ., 2004). Cuando se emplean alcoholes como el etanol es más complicada la recuperación del alcohol puro dentro del mismo proceso, debido al azeótropo que forma con el agua (Gerpen, 2004).. de. Una de las desventajas del metanol es su origen, ya que se obtiene a partir del gas natural, el cual es de origen fósil. Este último aspecto no contribuiría a los aspectos. bli ot ec a. ambientales y de sostenibilidad, pues el biodiesel no sería del todo bio, por tener un componente fósil aportado por el alcohol (Benjumea, 2006).. 2.1.2 Catalizadores. Los catalizadores empleados en el proceso de producción de biodiesel pueden ser. homogéneos, heterogéneos y enzimáticos. Los catalizadores homogéneos son solubles. Bi. en el medio de reacción, es decir se encuentran en una sola fase, sea líquida o gaseosa; por el contrario con la catálisis heterogénea, existen dos fases y una superficie de contacto (Aracil, 2003). 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. Los catalizadores homogéneos pueden ser ácidos o bases. Dentro de los más utilizados. UN T. se encuentran los siguientes ácidos y bases fuertes:. Bases: Hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), metóxido de sodio (CH3ONa) y metóxido de potasio (CH3OK).. ica. Ácidos: Acido sulfúrico (H2SO4), ácido sulfónico (HSO3), ácido fosfórico (H3PO4).. Los catalizadores heterogéneos más comunes son: Resinas de intercambio aniónico,. ím. resinas de intercambio catiónico, óxidos metálicos (MgO, CaO), zeolitas, ácidos de. Qu. Lewis (SnCl), catalizadores de titanio y catalizadores de zirconio.. Los catalizadores enzimáticos más utilizados son las lipasas, una de las más conocidas en el proceso de transesterificación es la Candida Antarctica (Novozym 435) (Aracil,. ría. 2003).. A continuación se presentan las características, ventajas y desventajas de los diferentes. nie. tipos de catalizador que pueden ser utilizados en el proceso de obtención de biodiesel.. In ge. 2.1.1.1 Catalizadores enzimáticos.. Se pueden utilizar lipasas intracelulares y extracelulares, ambas son catalizadores efectivos en las reacciones de transesterificación ya sea en medio acuoso o no.. de. Empleando lipasa como catalizador es más fácil de recuperar la glicerina que cuando se utilizan ácidos y bases, sin la necesidad de utilizar procesos. bli ot ec a. complejos; además el contenido de ácidos grasos libres en aceite no son problema ya que son convertidos completamente a metiléster. Otra ventaja significativa es que la conversión alcanzada es similar a la que se obtiene con procesos catalizados por ácidos o bases. Los valores de conversión utilizando lipasas como catalizador varían entre 61% y 100% dependiendo del alcohol y aceite utilizado.. Bi. El problema de este tipo de catalizador es que los costos son demasiado elevados (Fukuda, 2001).. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. 2.1.1.2 Catalizadores heterogéneos.. UN T. La utilización de este tipo de catalizadores simplifica y hace más económico el proceso de purificación, por la fácil separación de los productos y reactivos, además se eliminan los problemas de corrosión y tratamiento de desechos líquidos (Kim et al, 2004).. ica. Las desventajas que presentan los catalizadores heterogéneos es el difícil control de la temperatura para reacciones muy exotérmicas, limitaciones de transferencia. resistencias mecánicas para el catalizador.. ím. de masa de reactantes y productos, además de los requerimientos de altas. Qu. Los catalizadores heterogéneos en ocasiones deben ser preparados y en este proceso se debe tener mucho cuidado asegurando que los componentes de este tipo de catalizador, tales como: Especies activas, promotores físicos y químicos,. ría. cumplan con sus características (Barrera, 2006).. nie. 2.1.1.3 Catalizadores homogéneos.. Esta clase de catalizadores tiene mayor uso a nivel industrial, debido a su bajo. In ge. costo. Entre las ventajas de realizar una catálisis homogénea se encuentra. Velocidad de reacción elevada, condiciones moderadas de presión y temperatura y utilización de casi todas las moléculas del catalizador en la reacción. En cuanto al rendimiento alcanzado puede llegar hasta un 98% dependiendo de qué aceite o. de. grasa se emplee (Aracil, 2003). En estudios realizados acerca de la transesterificación del aceite de girasol con. bli ot ec a. metanol, utilizando hidróxido de potasio como catalizador se alcanzaron rendimientos mayores al 96% (Antolín, 2002). El proceso llevado a cabo con catalizadores homogéneos presenta ciertos problemas o desventajas como son la formación de jabones por la saponificación de ácidos grasos, necesidad de purificación y remoción de los productos de la reacción y problemas de corrosión cuando se utilizan catalizadores ácidos. Bi. (Aracil, 2003).. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. 2.1.1.4 Catalizadores ácidos.. UN T. Las reacciones catalizadas con ácidos dan como resultados rendimientos altos, pero tiene algunas desventajas y es que son lentas, requieren temperaturas por encima de los 100 0C y más de tres horas para conseguir una conversión. ica. completa (Schurchard, 1997).. En el estudio realizado sobre la metanólisis del aceite de soya, en presencia de. ím. 1% de H2SO4 , relación molar alcohol/aceite 30:1 y temperatura de 60 0C, se observó que la conversión completa se consiguió en 20 horas; realizando. Qu. butanólisis a 117 0C y etanólisis a 78 0C; usando la misma cantidad de alcohol y catalizador, la conversión se completó a la 3 y 18 horas respectivamente (Meher. ría. et al., 2004).. El exceso de alcohol mejora la conversión de la reacción de transesterificación. nie. en general, pero cuando se emplean catalizadores ácidos, este exceso hace que la recuperación de la glicerina sea más difícil, ya que las cantidades de alcohol. In ge. empleado son bastante grandes comparadas con otro tipo de catalizador (Relaciones de 30:1).. En general el catalizador ácido más empleado es ácido sulfúrico, un 1% de. de. H2SO4 con relación a la cantidad de aceite, es buena cantidad para obtener una. bli ot ec a. conversión de 99% con un tiempo de alrededor de 50 horas (Marchetti, 2005).. Una de las desventajas es que pueden esterificar los ácidos grasos libres presentes en el aceite; por esta razón se aconseja, utilizar catalizadores ácidos cuando el aceite tiene alto contenido de ácidos grasos libres (Journey to Forever, 2005).. Bi. 2.1.1.5 Catalizadores básicos. Cuando se emplean catalizadores básicos, las reacciones son más rápidas que cuando se emplean catalizadores ácidos, el tiempo de reacción oscila entre una 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. hora y una hora y media alcanzando rendimientos altos (98%) y con. UN T. temperaturas menores a 100 0C (Meher et al., 2004). Los catalizadores básicos son los más utilizados a nivel industrial, dado que las reacciones son más rápidas y además son menos corrosivos que los compuestos ácidos (Fangrui y Hanna, 1999).. ica. La desventaja de estos catalizadores básicos es la formación de jabón, cuando el aceite contiene alta cantidad de ácidos grasos libres y agua, por lo que se debe. ím. agregar la cantidad adecuada de base para neutralizar los ácidos grasos libres, ya que el exceso o falta de catalizador ocasiona la formación de jabones (Fukuda,. Qu. 2001).. Cuando el porcentaje de ácidos grasos es 5%, la reacción puede ser catalizada por una base, pero se debe agregar una cantidad adicional de catalizador para su. ría. neutralización; cuando los niveles de ácidos grasos libres ya están por encima del 5% se presentan inconvenientes en las reacciones catalizadas con bases, ya. nie. que la formación de jabón inhibe la separación de los metilésteres de la glicerina y durante el lavado del biodiesel se presenta formación de emulsiones. Para estos. In ge. casos donde el nivel de ácidos grasos libres es superior a 5% se debe utilizar catalizadores ácidos (Gerpen, 2004). Las bases más empleadas a nivel industrial en procesos de obtención de biodiesel son el hidróxido de sodio, hidróxido de potasio y el metóxido de. de. sodio. El metóxido de sodio es un poco más costoso que los hidróxidos, pero es más activo y se consiguen rendimientos altos (>98%) con tiempos de reacción. bli ot ec a. menores (30 min.), aún si se emplea en bajas concentraciones (0,5%), el problema con estos catalizadores es que requieren la ausencia total de agua, lo cual lo hacen inapropiados para procesos industriales típicos. Los hidróxidos de sodio y potasio son más baratos pero menos activos, sin embargo son una buena alternativa, ya que se pueden conseguir conversiones similares a la de los metóxidos, incrementando su concentración a 1 o 2%. Bi. (Schurchard, 1997). El NaOH es más fuerte que el KOH, por lo general se emplean cantidades similares, pero siempre más el KOH. El KOH es más fácil de utilizar y puede 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. proporcionar fertilizantes de potasio como subproducto, si al final se nutraliza el. UN T. producto con ácido fosfórico (Darnoko et al., 2000). El problema de NaOH es que en ocasiones forma una masa pastosa, dificultando la separación de los productos. En cuanto al KOH éste se disuelve mejor en el metanol (JourneytoForever, 2006).. ica. En la figura se presentan las diferencias entre los dos catalizadores (NaOH y. ím. KOH), en cuanto su influencia en la reacción de transesterificación.. Qu. 2.2 OBTENCIÓN DE BIODIESEL. La vía para la obtención de biodiesel es la transesterificación de aceites y grasas con un alcohol de bajo peso molecular, en presencia de un catalizador adecuado (Crespo, G.,. ría. Martinez, M., et. al 2001). El proceso de transesterificación, también se conoce como. nie. alcohólisis, cuando se emplea metanol por ejemplo se llama metanólisis.. La reacción de transesterificación consiste en el desplazamiento de un alcohol de un éster. In ge. Por otro, es un proceso similar a la hidrólisis, excepto que el alcohol es usado en vez de agua. Este proceso se utiliza para reducir la alta viscosidad de los triglicéridos. (Meher, L., Vidya,. de. D.et al., 2006).. Ester. Alcohol. Ester. Alcohol. bli ot ec a. La reacción de transesterificación es reversible y se emplea un exceso de alcohol para desplazar el equilibrio hacia la formación de ésteres. Químicamente, el mecanismo de transesterificación consiste en tres reacciones consecutivas reversibles, el triglicérido es. Bi. convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerol.. Triglicéridos + R1OH. Diglicéridos + RCOOR1. Diglicéridos + R1OH. Monoglicéridos + RCOOR1. Monoglicéridos + R1OH. Glicerol + RCOOR1. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO. A continuación se presenta la reacción de metanólisis de los triglicéridos y la reacción de neutralización de ácidos grasos libres:. CH2. OCOR2. +. OCOR3. R1COOCH3. 3CH3OH. CHOH. CH2OH. R3COOCH3. Metanol. glicerol. + R2COOCH3. metiléster. Qu. Triglicérido. CH2OH. ica. CH. OCOR1. ím. CH2. 2.3 VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACIÓN. ría. Las variables de mayor influencia son la pureza y calidad de reactivos, la relación molar alcohol/aceite, el tipo de alcohol, tipo y cantidad de catalizador, además de la temperatura, el. nie. tiempo de reacción y la agitación (Meher et al., 2004).. In ge. 2.3.1 Pureza y calidad de los reactivos.. Para la obtención de un producto (biodiesel) de buena calidad es necesario que el aceite empleado sea lo más refinado posible, debe estar exento de material sólido libre y en suspensión; además poseer bajo contenido de ácidos grasos, en especial cuando se. de. emplean catalizadores homogéneos, ya que el exceso de estos ácidos se puede ver reflejado en una baja eficiencia de reacción.. bli ot ec a. Adicionalmente el contenido de gomas y material insaponificable debe ser bajo (Zapata, 2003).. El aceite y las otras sustancias empleadas en la reacción (catalizador y alcohol) deben ser esencialmente anhidros, ya que el agua favorece la formación de jabones por saponificación, dificultando la purificación del biodiesel (Crespo, 2001).. Bi. Cuando se emplean catalizadores básicos, como el hidróxido de sodio o de potasio, no. se deben dejar expuestos al aire ya que absorbe humedad y dióxido de carbono de la atmósfera, volviéndose más húmedos y carbonatados (Dabdoud, 2004). 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.